Oberflächentechnik

Die individuelle Problemlösung

Die WIGOL® W. Stache GmbH ist eine chemische Fabrik mit Sitz in Worms/Deutschland und seit über 50 Jahren auf die Herstellung von flüssigen Reinigungskonzentraten und deren Anwendung spezialisiert.

Unser Service geht über die Entwicklung der Produkte, deren Produktion und Vertrieb weit hinaus. Zusammen mit unserem technischen Außendienst bieten wir die Lösung von Teilereinigungsproblemen sowie die Erstellung maßgeschneiderter Reinigungsysteme für die industrielle Fertigung.

Am Anfang der Lösung eines Teilereinigungsproblems steht die Auswahl der Reinigungsmechanik in unserem modernen Kundencenter. Dazu werden mit einer geringen Anzahl an Musterteilen, die eine typische Teilegeometrie und Verschmutzung aufweisen, Versuchsreinigungen durchgeführt. Ein optimales Verfahren wie z. B. Tauch-, Spritz- oder Ultraschallreinigung oder verschiedene Kombinationen von diesen wird so festgelegt. Erst danach wird entsprechend der Verfahrenswahl ein materialverträgliches, aber bezüglich der Verschmutzung wirksames Entfettungskonzentrat ausgewählt. Abschließend erhält man durch eine Optimierung der Reinigungsparameter ein ökonomisch arbeitendes Reinigungssystem.

In Zusammenarbeit mit einem spezialisierten Anlagenhersteller wird das neue Reinigungssystem in den Fertigungsablauf integriert. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme übernimmt das WIGOL® Labor die Überwachung der chemischen Reinigungsparameter: wie diverse  Konzentrationsbestimmung, Einstellung der automatischen Nachdosierung, Kontrolle des Schmutzeintrages und Ermittlung der besten, maximalen Badstandzeit. Die Weitergabe des entwickelten Prozess-Know-Hows an das kundeneigene Betriebspersonal rundet unser Service-Paket ab und gewährt einen sicheren Prozeß, der alle Anforderungen eines modernen Qualitätstandards erfüllt.

Auswirkungen der unterschiedlichen Materialien auf den Waschprozess

Aluminium
Prinzipiell kann Aluminium mit geeigneten Reinigern sauer, neutral und alkalisch behandelt werden. Je nach Verschmutzung der Oberfläche wird man zunächst versuchen, mit einem neutralen oder mild alkalischen Medium zu reinigen.

Versagen neutrale oder mildalkalische Systeme, so kann auch sauer oder mit stärker alkalischen Reinigungsmedien behandelt werden. Bei der alkalischen Reinigung auf Basis von Natronlauge werden Inhibitoren benötigt, die den Angriff auf das Material unterbinden. Zum Beispiel Silikate: Während des Reinigungsprozesses werden diese an der Oberfläche adsorbiert und schützen so vor einem Angriff. Derartige Reiniger zeigen darüber hinaus oft eine hohe Reinigungskraft und ergeben sehr saubere Oberflächen, da die Silikate ein hohes Schmutztragevermögen haben. Badführung und Badpflege verdienen bei silikathaltigen Medien allerdings besondere Aufmerksamkeit, um Ausfällungen von Kieselsäure zu minimieren.

Edelstahl und Stahl (oder: Stahlwerkstoffe)
Werkstücke aus Edelstahl lassen sich im Allgemeinen sauer, neutral und alkalisch problemlos reinigen. Bei Stahl ist die Auswahl eingeschränkt: Saure Reiniger sind ungeeignet, da das Material angegriffen wird und zu korrodieren beginnt. Selbst bei neutralen wässrigen Medien kann es durch Sauerstoffkorrosion zur Rostbildung kommen. Um das von vornherein auszuschließen, werden niedrig legierte Stähle und Gusseisen am besten in mildalkalischen Medien gereinigt. Enthält der Reiniger außerdem noch Korrosionsschutzkomponenten, sind die Werkstücke noch besser geschützt. Müssen schwere Öle oder Fette abgelöst werden, so sind auch stark alkalische Reiniger verwendbar, da Alkalihydroxide Eisen nicht angreifen.

Um Werkstücke aus Stahl während der Lagerung oder Weiterverarbeitung vor Korrosion zu schützen, empfiehlt es sich, in der letzten Spüle ein wasserlösliches, temporäres Korrosionsschutzmittel zuzugeben. Nach dem Trocknen verbleibt dann ein dünner Schutzfilm auf dem Stahl, der die Oberfläche vor Korrosion schützt. Die Schutzwirkung solcher Produkte liegt zwischen einigen Wochen und mehreren Monaten und ist abhängig von den Lagerbedingungen.

Buntmetalle und Zink
Aufgrund der Vielzahl verschiedener Legierungen, insbesondere bei Messing, gibt es keine Standardverfahren zur Reinigung von Buntmetallen. Mit Neutralreinigern ist man bezüglich der Materialverträglichkeit immer auf der sicheren Seite. Zink ist im alkalischen Milieu bis zu einem pH-Wert von etwa 12,5 bemerkenswert stabil. Wenn es sich jedoch um Zinkdruckguss handelt, ist mit alkalischen Reinigern Vorsicht geboten, weil das Legierungselement Aluminium unter diesen Bedingungen angegriffen wird. Messing wird von alkalischen Reinigungsmedien im Laufe der Zeit zerstört: Das Legierungselement Zink löst sich heraus, Kupfer wird als schwammige Masse ausgeschieden.

Als Halbedelmetall ist Kupfer äußerst resistent gegen Angriffe durch Chemikalien: Natronlauge greift Kupfer kaum an. Schwefelsäure, Salzsäure, Phosphorsäure und organische Säuren wie z.B. Zitronen- oder Milchsäure schaden bei Raumtemperatur nicht, wenn kein gelöster Sauerstoff vorhanden ist.

Generell bestimmt die Aufgabenstellung den Reinigungsprozess:

• Um welche Verunreinigungen handelt es sich und wie schwer lassen diese sich entfernen?
• Welche Materialen müssen gereinigt werden?
• Wie und unter welchen Bedingungen kann ein möglicher Materialangriff unterdrückt werden?

Die sorgfältige Auswahl des Reinigungsmittels ist deshalb besonders wichtig, zumal ein Reiniger nicht nur aus einem Basisstoff wie zum Beispiel die Natronlauge besteht, sondern auch noch viele verschiedene andere Komponenten enthält, die einen unterschiedlichen Einfluss auf die Metalloberfläche haben können. Darüber hinaus kommt es auch auf die richtige Prozessführung an. Versuchsreinigungen im Vorfeld sind vor diesem Hintergrund deswegen immer sehr hilfreich.

Reinigungstechnik

In der Vergangenheit wurden zur Entfettung und Entölung von Werkstücken im Fertigungsprozess überwiegend organische Lösungsmittel verwendet. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sowie des Umwelt- und Arbeitsschutzes werden dazu heute fast ausschließlich wässrige Reinigungssysteme eingesetzt, die immer mehrstufig aufgebaut sind und mindestens aus den drei Schritten Reinigen-Spülen-Trocknen bestehen. Mit einem maßgeschneiderten Entfettungskonzentrat und moderner Anlagentechnik lassen sich so Reinigungsergebnisse erzielen, die der Lösungsmittelentfettung, insbesondere bei der Entfernung von Partikelschmutz, vergleichbar bis überlegen sind.

Prozessbadrecycling
Durch den Gesetzgeber wurde im Rahmen der Allgemeinen Rahmen-Abwasserverwaltungsvorschrift vom September 1988 und Anhang 40 jedem Betreiber von Produktionseinrichtungen weitere Forderungen bezüglich Vermeiden, Vermindern und Rückgewinnung von Stoffen auferlegt, die erst durch die Einrichtung geschlossener Reinigungskreisläufe mit Badpflege erfüllt werden.

Durch permanente Badpflege sollen die in ein Prozessbad eingebrachten Verunreinigungen wie Feststoffe und Öle kontinuierlich entfernt und die Standzeit verlängert werden. Dabei helfen mechanische Separatoren, wie Siebe, statische Filter, Absetzbecken, Ölabscheider und Dekanter, die drei Phasen vorzutrennen. Moderne Hochleistungs-Filtrationssysteme, wie Mikro-, Ultra- und Nano-Filtration können aus dem gebrauchten Prozessbad sogar emulgierte Öle und andere gelöste Verschmutzungen entfernen. Das recycelte Prozesswasser enthält noch unverbrauchte Reinigungskomponenten und muß bevor es in das Prozessbad zurückgeleitet wird, durch eine automatische Dosierung mit Entfettungskonzentrat "aufgeschärft" werden. Dadurch entsteht für das Prozessbad ein Nebenkreislauf, der die Badstandzeit verlängert und die Abwassermenge vermindert.

Spültechnik
Der Spülprozess hat die Aufgabe, die Flüssigkeitsschicht mit den Chemikalien aus dem Prozessbad von der Oberfläche behandelter Teile mit Wasser zu entfernen. Dieser Vorgang stellt eine Verdünnung dar, die so weit erfolgen muss, dass ein für die Fertigung wichtiges Spülkriterium erreicht wird. Das Spülkriterium ist das Verdünnungsverhältnis der Konzentration im Prozessbad und dem letzten Spülbad.

Das Spülkriterium wird aus den Anforderungen der Nachfolgeprozesse festgelegt. Für einfache Entfettungsprozesse reicht ein Spülkriterium von ca. 500 bis 1.000 aus. Beizen und Metallisierungsprozesse erfordern meist einen Spülfaktor von 1.000 bis 5.000 und galvanische Prozesse wie Glanzchrom sogar bis 10.000.

Durch die Verschleppung werden die Spülbäder permanent mit Schmutz, Öl, Reinigungslösung und Salzen verunreinigt. Zweckmäßig wird auch der Spülprozess auf mehrere Spülbäder verteilt, um den Verdünnungseffekt zu vergrößern. Eine Spülkaskade entsteht, indem man das benötigte Frischwasser (Verdampfungsverluste) über das letzte Spülbad zum Prozessbad durch alle Zonen leitet. Es entsteht ein der Verschleppung entgegengerichteter Wasserstrom, der im Reinigungsbad einkonzentriert wird. Ein Kaskadensystem aus drei Spülstufen ist allgemein anerkannte Regel der Technik (aaRdT).

Geht man beispielsweise von einem Teiledurchsatz von 100 m²/h und einem angestrebten Spülkriterium von 1.000 aus, entsteht eine Verschleppung von ca. 10 l/h und es werden immerhin fast 10.000 Liter Frischwasser benötigt, um das Spülkriterium zu erreichen. Unter Verwendung einer Spülkaskade mit 3 Spülstufen werden nur noch etwa 22 Liter/h Frischwasser notwendig.

Beispiel:

Um die Spülwassermenge zu reduzieren behilft man sich also mit einer:

• Mehrfachnutzung durch Spülkaskade
• Mehrfachnutzung durch Spülwasserkreislaufführung

Sind die Verdampfungsverluste im beheizten Prozessbad gering, so ist auch zwangsläufig der Kaskadenstrom gering und ein apparatives Spülwasserrecycling wird nötig. Dazu wird das gebrauchte Spülwasser über Separatoren oder Filtration entölt und abschließend über Ionentauscher oder Membranosmose entsalzt.

Badkontrolle

Steigende Qualitätsanforderungen und zunehmender Kostendruck zwingen den Betreiber von Waschanlagen in der industriellen Fertigung zur Optimierung und Kontrolle der Vorbehandlungsprozesse. Um Produktionsausfälle durch Nacharbeitung oder Korrosionsschäden zu vermeiden ist eine analytische Kontrolle des Reinigungsprozesses zwingend erforderlich. Je anspruchsvoller das Produktspektrum oder je höher das Produktionsvolumen ist, das durch eine wässrige Reinigung vorbehandelt wird, umso intensiver sollte eine Prozesskontrolle stattfinden.

Dazu gehört eine regelmäßige Konzentrationsbestimmung der eingesetzten Reinigungschemikalien im Prozessbad sowie eine Verschleppungs- und Aufsalz - Kontrolle der Spülbäder. Die Salzanreicherung und Verschleppung in den Spülzonen kann in den meisten Fällen mit Hilfe elektronischer Leitwertmessgeräte genau ermittelt werden. Die Konzentrationsbestimmung der Reinigungschemikalien ist ein komplexes Problem und erfordert die Einweisung durch den Hersteller.

Die Problematik einer allgemeinen Konzentrationsbestimmung von wässrigen Reinigersystemen liegt darin begründet, dass diese immer aus mehreren Komponenten wie z.B. Tensiden, Gerüststoffen, Korrosionsinhibitoren oder Stabilisatoren bestehen. Die Basiskomponenten Tenside und Gerüststoffe (Alkalität) können sich im Waschbad unterschiedlich verbrauchen oder durch eingetragene Verschmutzungen angereichert werden. Bisher wurde in alkalischen Systemen die Konzentration hinreichend genau durch eine Säure-Base-Titration bestimmt. Für neutrale und mildalkalische Reiniger sollten Methoden zur Tensidbestimmung angewendet werden.

Dosiertechnik

Eine manuelle Dosierung führt bei einem automatisierten Teiledurchsatz in einer Durchlaufanlage zwangsläufig zu einer Über- und Unterkonzentration des Reinigers. Die Badkontrolle zeigt entsprechend eine klassische Sägezahnkurve auf, deren Verlauf über die Zeit noch einen Auf- oder Abwärtstrend beinhaltet. Die Installation einer automatischen Dosiereinrichtung kann hier Abhilfe schaffen und ausreichende Produktionssicherheit bieten.

Die Firma WIGOL® bietet dazu ein reichhaltiges Programm an Dosiertechnik, Wartungs- und Installationsservice an. Es werden chemisch beständige Dosierpumpen zur automatischen Förderung des Reinigerkonzentrats mit Messsonden oder Kontaktwasserzähler gesteuert und in den Reinigungsprozess integriert. Der Wartungsaufwand ist minimal und der Verbrauch an Reinigungschemie kann optimiert werden.

Beispiele: Phosphatierung und Neutralreiniger